CN103941837B - 一种自供电微机保护装置微处理器管理电路 - Google Patents

Abstract

一种自供电微机保护装置微处理器管理电路，包括看门狗计时器和电源检测复位电路，所述电源监测复位电路和看门狗计时器的输出端分别连接第一开关电路的两个输入端，所述第一开关电路的输出端连接充放电延时电路，所述充放电延时电路的输出连接比较器，所述比较器的输出端通过第二开关电路与所述电源监测复位电路的一个输入端连接，所述比较器的输出端还通过输出电路与微处理器复位输入端连接。该方案实现了微处理器对外部电源状态的实施监控和看门狗电路的同步，避免了微处理器无法预知看门狗状态而造成的误动作，并基于此同步信号，实现主动式的外围电路管理，功耗降低功能。

Description

一种自供电微机保护装置微处理器管理电路

技术领域

本发明涉及一种微处理器复位电路，具体地说是一种自供电微机保护装置微处理器管理电路。

背景技术

电力系统微机保护装置，采用嵌入式微处理器技术，对开关柜设备中线路电压电流检测和断路器控制、故障判断、实现故障动作和告警等功能，是电力系统输配电安全可靠运行的重要设备;近几年环网柜的大量使用，对微机保护装置的需求不断增加，推动了自供电微机保护装置的发展。所谓自供电微机保护装置无需外部专用电源，而通过其接入的电流互感器其中一组具有一定供电功率的绕组来实现取电，自供电微机保护装置通过取电互感器，在一次系统有负载电流的情况下，感应出用于供电的电流，实现保护装置的供电，维持微机保护装置的运行实现电力一次系统的保护和控制。

由于线路一次侧电流随负载波动，其供电不稳定，特别是线路检修负载切除时，自供电微机保护装置就无法获取外部电源，而使微机保护装置微处理器失电无法运行;为了使得微处理器快速响应外部故障实现实时监测功能，必须使微处理器保持运行，不能因外部供电间断而使得微处理器频繁启动。当一次线路突然来电，因微处理器重新启动时间长，而无法及时监测保护，错过保护动作时机。

因此自供电微机保护装置的微处理器必须采用电池备份供电运行方式，微处理器在完成一次启动后，由电池备份运行。当外部电源有电时，保护装置由外部电源供电，当外部电源失电后，外围电路失去供电。微处理器通过电池供电，保持运行。当一次系统重新来电时，微处理器无需重新启动而能快速投入监测和保护状态。

电力系统高可靠性要求使得微机保护装置的微处理器需要采用外部的完全自主的看门狗电路实现微机保护装置防死机的要求。如中国发明专利CN 101281414 B、名称为《一种可控的看门狗复位系统》中公布了一种可控的看门狗复位系统,包括看门狗电路和微处理器,以及为看门狗电路和微处理器供电的系统电源,所述看门狗电路与微处理器之间连接一隔离电路,当系统电源正常供电时,隔离电路将看门狗电路复位脚的复位信号传递至微处理器复位端,并将微处理器I/O脚的喂狗信号传递至看门狗电路喂狗脚;当系统电源断电时,所述隔离电路截止,切断看门狗电路与微处理器之间的联系。其效果为降低了系统功耗,提高了电池的使用寿命,同时杜绝了看门狗电路误工作引发的系统复位问题,大大地提高了系统的可靠性。

但是该专利中使用NPN晶体管Q2实现的复位输出，只实现了外部电源Vcc有电时复位投入，Vcc无电时复位隔离退出功能，但并未解决外部电源Vcc在上电过程和失电过程中复位误动作的问题。并且其采用的ADM705在Vcc完成启动后，仍输出200mS复位延时而产生的复位误动作问题。

发明内容

为此，本发明解决现有技术中只实现了外部电源Vcc有电时复位投入，Vcc无电时复位隔离退出功能，但并未解决外部电源Vcc在上电过程和失电过程中复位误动作的问题，从而提供一种在上电和失电过程中也不会出现误动作，真正实现了看门狗复位的可靠应用的微处理器管理电路。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种自供电微机保护装置的微处理器管理电路，包括

看门狗计时器,与微处理器看门狗清除输出端连接，微处理器发出的清除信号触发看门狗计时器清零，当所述看门狗计时器超时，其输出复位信号；

电源监测复位电路，其外接外部电源，其输出端分别与所述看门狗计时器和微处理器电源检测输入端连接，当外部电源达到阈值时，输出电源有效信号，当外部电源低于阈值时，输出电源无效信号；

所述电源监测复位电路和看门狗计时器的输出端分别连接第一开关电路的两个输入端，所述第一开关电路的输出端连接充放电延时电路，所述充放电延时电路的输出连接比较器，所述比较器的输出端通过第二开关电路与所述电源监测复位电路的一个输入端连接，所述比较器的输出端还通过输出电路与微处理器复位输入端连接。

优选地，所述第一开关电路包括晶体管Q1和电阻R2，所述晶体管Q1的门极通过电阻R2与所述看门狗计时器的输出端连接，所述晶体管Q1的源极与所述电源监测复位电路的输出端连接，所述晶体管Q1的漏极与所述充放电延时电路的输入端连接。

优选地，所述充放电延时电路包括并联的电阻R1和电容C1，其一个并联点接地，另一个并联点连接在所述晶体管Q1的漏极和所述比较器的输入端。

优选地，所述第二开关电路包括电阻R6和晶体管Q3，所述比较器的输出端通过电阻R6连接到晶体管Q3的门极，所述晶体管Q3的源极接地，其漏极与所述电源监测复位电路的输入端连接。

优选地，所述输出电路包括电阻R3、R4和晶体管Q2，电阻R3的一端与所述比较器的输出端连接，所述电阻R3的另一端与晶体管Q2的门极连接，所述晶体管Q2的源极通过电阻R4与其门级连接，所述晶体管Q2的源极还接地，所述晶体管Q2的漏极与微处理器复位输入端连接。

优选地，所述电源监测复位电路与所述微处理器电源检测输入端的连接端还通过电阻R5接地。

优选地，所述看门狗计时器、所述电源监测复位电路和所述比较器集成设置为集成电路。

优选地，所述外部电源通过二极管与电源监测复位电路的输入端连接。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明所述的自供电微机保护装置微处理器管理电路，包括看门狗计时器和电源检测复位电路，所述电源监测复位电路和看门狗计时器的输出端分别连接第一开关电路的两个输入端，所述第一开关电路的输出端连接充放电延时电路，所述充放电延时电路的输出连接比较器，所述比较器的输出端通过第二开关电路与所述电源监测复位电路的一个输入端连接，所述比较器的输出端还通过输出电路与微处理器复位输入端连接。实现了外部电源高于阈值即有电时，看门狗计时器的复位信号从逻辑使能电路发送到微处理器，实现复位，当外部电源没电时，即外部电源低于阈值，所述电源监测复位电路输出电源无效信号，不能满足所述逻辑使能电路的逻辑输出条件，因此所述看门狗电路的复位信号被屏蔽，避免外部电源上电和失电过程产生的复位误动作，及使用通用看门狗电路在电源上电后由于一段延时复位造成的复位误动作问题，同时，所述电源监测复位电路与微处理器连接，提供了与看门狗电路同步的外部电源有效信号，实现了微处理器对外部电源状态的实施监控和看门狗电路的同步，避免了微处理器无法预知看门狗状态而造成的误动作，并基于此同步信号，实现主动式的外围电路管理，功耗降低功能。

（2）本发明所述的自供电微机保护装置微处理器管理电路，所述看门狗计时器、所述电源监测复位电路和所述比较器集成设置为集成电路，通过采用通用的集成电路，可以使本发明电路更微型化，节省空间，便于与其他电路集成设置。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明一个实施例的一种结构框图；

图2是本发明一个实施例的一种电路结构框图。

具体实施方式

下面提供本发明所述的自供电微机保护装置微处理器管理电路的具体实施方式。

实施例1

本发明所述的自供电微机保护装置微处理器管理电路，如图1所示，包括看门狗计时器，所述看门狗计时器采用通用的看门狗计时器即可，与微处理器看门狗清除输出端连接，微处理器发出的清除信号的上升沿和下降沿触发看门狗计时器清零，当所述看门狗计时器超时，其输出复位信号，在本实施例中，所述复位信号为低电平信号，在看门狗计时器被清除后恢复高电平；电源监测复位电路，其外接外部电源，其输出端分别与所述看门狗计时器和微处理器的IO接口连接，当外部电源达到预先设定的阈值时，其输出电源有效信号，在本实施例中，电源有效信号为高电平，当外部电源低于阈值时，输出电源无效信号，所述电源无效信号为低电平。所述电源监测复位电路和看门狗计时器的输出端分别连接第一开关电路的两个输入端，所述第一开关电路的输出端连接充放电延时电路，所述充放电延时电路的输出连接比较器，所述比较器的输出端通过第二开关电路与所述电源监测复位电路的一个输入端连接，所述比较器的输出端还通过输出电路与微处理器复位输入端连接。

本发明实现了外部电源高于阈值即有电时，看门狗计时器的复位信号从逻辑使能电路发送到微处理器，实现复位，当外部电源没电时，即外部电源低于阈值，所述电源监测复位电路输出电源无效信号，不能满足所述逻辑使能电路的逻辑输出条件，因此所述看门狗电路的复位信号被屏蔽，避免外部电源上电和失电过程产生的复位误动作，及使用通用看门狗电路在电源上电后由于一段延时复位造成的复位误动作问题，同时，所述电源监测复位电路与微处理器连接，提供了与看门狗电路同步的外部电源有效信号，实现了微处理器对外部电源状态的实施监控和看门狗电路的同步，避免了微处理器无法预知看门狗状态而造成的误动作，并基于此同步信号，实现主动式的外围电路管理，功耗降低功能。

实施例2

在实施例1所述的自供电微机保护装置微处理器管理电路的基础上，如图2所示，在实施例中，所述看门狗计时器、所述电源监测复位电路和所述比较器集成设置为集成电路，典型的有MAX706(3.3V系统用)或MAX705(5V系统用)，本实施例中采用MAX706芯片，包含在芯片中的电路的输入输出端采用MAX706芯片的引脚，所述MAX706芯片的WDI端为所述看门狗计时器的输入端，其与微处理器的通用IO引脚连接，所述IO引脚输出脉冲式的看门狗喂狗信号，利用该信号的上升沿和下降沿实现看门狗计时器的清零，所述MAX706芯片的WDO端为所述看门狗计时器的输出端，所述看门狗计时器启动后WDO端输出高电平，并在计时过程中，保持高电平，当所述看门狗计时器超时，WDO端输出低电平，并保持低电平，直到被清除，所述看门狗计时器被清除后，WDO端恢复保持高电平。外部电源EVcc通过二极管D3与所述MAX706芯片的电源输入引脚Vcc连接，给芯片供电，另外部电源EVcc还给微处理器供电，使得MAX706芯片与微处理器具有相同电压。

MAX706芯片的RESET端作为电源监测复位电路输出端，其电平状态表明外部电源是否有效。RESET端输出高电平表明外部电源达到阈值（如MAX706S为2.93V）且稳定可靠（RESET端是经过了200ms的延时确认后才输出高电平），RESET端在电源低压阈值后，立即输出低电平。用MAX706的RESET端输出作为外部电源状态指示，实时可靠。接入微处理器便于程序及时响应。MAX706的RESET端还连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端接地，所述RESET端通过电阻R5实现下拉，电阻R5取值10k欧姆到100k欧姆之间，以保证电路在失电停止工作情况下，该引脚保持低电平，避免微处理器误判，所述MAX706芯片的GND端接地。

本实施例中所述第一开关电路包括晶体管Q1和电阻R2，所述晶体管Q1的门极通过电阻R2与所述看门狗计时器的输出端WDO连接，所述晶体管Q1的源极与所述电源监测复位电路的输出端RESET连接，所述晶体管Q1的漏极与所述充放电延时电路的输入端连接。 所述充放电延时电路包括并联的电阻R1和电容C1，其一个并联点接地，另一个并联点连接在所述晶体管Q1的漏极和所述比较器的输入端。上述电阻R1和电容C1构成的充放电延时电路，用于将产生到微处理器的复位信号保持一段时间（该时间长短有电阻R和电容C确定的，时间常数t=R*C）。

所述比较器的输出端通过第二开关电路与电源监测复位电路的输入端连接，此处的第二开关电路包括电阻R6和晶体管Q3，所述比较器的输出端通过电阻R6连接到晶体管Q3的门极，所述晶体管Q3的源极接地，其漏极与所述电源监测复位电路的输入端MR连接。所述比较器的输出端还通过输出电路接入微处理器的复位输入端，所述输出电路包括电阻R3、R4和晶体管Q2，电阻R3的一端与所述比较器的输出端连接，所述电阻R3的另一端与晶体管Q2的门极连接，所述晶体管Q2的源极通过电阻R4与其门级连接，所述晶体管Q2的源极还接地，所述晶体管Q2的漏极与微处理器复位输入端连接。所述电源监测复位电路与所述微处理器电源检测输入端的连接端还通过电阻R5接地。

如图2所示，其中晶体管Q1、Q2、Q3为金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。

本实施例中的自供电微机保护装置微处理器管理电路工作流程如下所示：

（1）初始工作状态：

在外部电源正常供电，即达到电源监测的门限电压（如MAX705是4.9V，MAX706是3.0V），该监测复位电路输出高电平，看门狗计时器从0开始工作，看门狗计时器在计时没有超时时，其输出WDO保持高电平，此时开关电路（优选P沟道的MOSFET晶体管）关闭，开关的输出端接电容C1和电阻R1并联的充放电延时电路，由于开关电路关闭，电容C1通过电阻R1对地放电，并保持为0，因此比较器输出为低电平。比较器的低电平输出驱动N沟道的MOSFET晶体管Q3，使得晶体管关断，漏极输出接电源监测复位电路的输入引脚MR，由于漏极输出关断，因此MR引脚为高电平，不会对复位电路产生任何作用。总之上述初始状态下，电源监控电路在外部正常供电下输出高电平，看门狗正常计时输出高电平，由这二者控制的开关电路保持关断、R1和C1的电阻电容充放电延时电路将开关输出保持为0零点压，使得比较器的输出为低电平，通过Q3作用到MR，为高电平，不会对监测复位电路产生影响。因此在初始状态下，该电路保持稳定，不产生任何复位信号。

因此上述电路保持稳定，只要微处理器定时清除看门狗计时器，不使其超时，则不会激发任何复位信号，电路始终保持稳定、。

（2）看门狗超时： 当微处理器出现异常，不能及时运行清除看门狗程序，致使看门狗计时器计时超时。此时，看门狗计时器的输出端WDO输出低电平，所述的采用MOSFET的开关电路的门极被拉低，开关被打开，使得电源监控复位电路的输出与电容C1导通，直接对C1进行快速充电。当C1上的电压超过电压比较器的电压阈值（典型为1.25V）时，比较器的输出高电平，并驱动Q3，使得Q3的漏极与源极导通到地，因此与之连接的电源监测复位电路的输入MR引脚被拉低，复位电路被MR输入触发，输出复位低电平信号。在MR引脚被来低的同时，比较器的输出PFO驱动MOSFET Q2，在Q2的漏极产生能致微处理器复位的低电平，使得微处理器被复位。由于MR被Q3拉到低电平触发电源监测复位电路输出低电平，同时触发看门狗计时器被清零，输出WDO被置位为高电平，那么由电源监测复位和看门狗输出同时控制的开关电路被关闭。此时，电容C1开始通过电阻R1开始放电。电容C1上的初始电压是电源监测复位输出RESET的高电平电压，（3.3V供电的高电平为3.3V，5V供电的高电平则为5V）。电容C1随着放电，由高电平电压开始降低，其降低的速度由R1和C1构成的时间常数确定的，控制这个时间常数，可以调节放电时间。当C1上的电压降到比较器的阈值电压（1.25V典型）时，比较器的输出变为低电平，比较器的低电平输出，将同时关闭Q2和Q3晶体管，使得电源监测复位输入MR恢复高电平，其复位电路输出相应恢复高电平，同时Q2输出到未处理复位的也恢复高电平，停止对微处理器复位。此时微处理器恢复工作，上述电路又恢复（1）中描述的初始工作状态，此（2)中描述了一次完整的微处理器由于未及时清除看门狗发生超时造成的复位过程。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种自供电微机保护装置的微处理器管理电路，其特征在于，包括

看门狗计时器,与微处理器看门狗清除输出端连接，微处理器发出的清除信号触发看门狗计时器清零，当所述看门狗计时器超时，其输出复位信号；

电源监测复位电路，其外接外部电源，其输出端分别与所述看门狗计时器和微处理器电源检测输入端连接，当外部电源达到阈值时，输出电源有效信号，当外部电源低于阈值时，输出电源无效信号；

所述电源监测复位电路和看门狗计时器的输出端分别连接第一开关电路的两个输入端，所述第一开关电路的输出端连接充放电延时电路，所述充放电延时电路的输出连接比较器，所述比较器的输出端通过第二开关电路与所述电源监测复位电路的一个输入端连接，所述比较器的输出端还通过输出电路与微处理器复位输入端连接；

所述第一开关电路包括晶体管Q1和电阻R2，所述晶体管Q1的门极通过电阻R2与所述看门狗计时器的输出端连接，所述晶体管Q1的源极与所述电源监测复位电路的输出端连接，所述晶体管Q1的漏极与所述充放电延时电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的微处理器管理电路，其特征在于，所述充放电延时电路包括并联的电阻R1和电容C1，其一个并联点接地，另一个并联点连接在所述晶体管Q1的漏极和所述比较器的输入端。

3.根据权利要求2所述的微处理器管理电路，其特征在于，所述第二开关电路包括电阻R6和晶体管Q3，所述比较器的输出端通过电阻R6连接到晶体管Q3的门极，所述晶体管Q3的源极接地，其漏极与所述电源监测复位电路的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的微处理器管理电路，其特征在于，所述输出电路包括电阻R3、R4和晶体管Q2，电阻R3的一端与所述比较器的输出端连接，所述电阻R3的另一端与晶体管Q2的门极连接，所述晶体管Q2的源极通过电阻R4与其门级连接，所述晶体管Q2的源极还接地，所述晶体管Q2的漏极与微处理器复位输入端连接。

5.根据权利要求4所述的微处理器管理电路，其特征在于，所述电源监测复位电路与所述微处理器电源检测输入端的连接端还通过电阻R5接地。

6.根据权利要求1-5任一项所述的微处理器管理电路，其特征在于，所述看门狗计时器、所述电源监测复位电路和所述比较器集成设置为集成电路。

7.根据权利要求1-5任一项所述的微处理器管理电路，其特征在于，所述外部电源通过二极管与电源监测复位电路的输入端连接。